Neue Erkenntnisse vom Entstehen der Geschlechtszellen

Foto: Zeichnung von DNA-Schlaufen am Chromosomenabschnitt

Ringförmige Moleküle halten die
Schwesterchromosomen (gelb und
rot) zusammen und die DNA-Schlau-
fen in Form. Zwischen den DNA-
Schlaufen an der Chromosomen-
achse sind zwei Maschinen verankert,
eine hält ein soeben gebrochenes
Stück DNA; © Franz Klein/Universität
Wien

Es gibt keine sexuelle Fortpflanzung ohne Meiose, denn nur bei dieser speziellen Zellteilung entstehen Keimzellen. Dabei teilt sich eine Zelle so, dass Tochterzellen mit einfachem, statt dem üblichen doppelten Chromosomensatz entstehen. Verschmilzt ein Spermium mit einer Eizelle bei der Befruchtung, so entsteht dadurch ein Embryo. Dessen Zellen haben wieder den doppelten Chromosomensatz.

„Die Meiose ist ein rätselhafter Prozess. Es ist erstaunlich, dass väterliche und mütterliche Chromosomen einander überhaupt treffen“, erklärt Franz Klein, Professor für Genetik an den Max F. Perutz Laboratories des Departments für Chromosomenbiologie der Universität Wien.

"Vor dem Zusammenpuzzeln ist jedes der 46 Chromosomen schon repliziert und bewegt sich wie ein siamesischer Zwilling mit seinem Schwesternchromosom durch den Zellkern. In allen anderen Körperzellen würden Chromosomen ausschließlich mit der eng verbundenen Schwester interagieren und sich austauschen. Das wäre aber für die Keimzellenbildung nicht genug, denn nur das Zusammentreffen der elterlichen Chromosomen garantiert, dass die entstehenden Keimzellen die richtige Anzahl an Chromosomen besitzen", so Klein.

Klein und seine Forschungsgruppe haben Teile jener winzigen, DNA-brechenden Proteinmaschine untersucht, die die Rekombination auslöst. Dazu erstellten sie hochauflösende Landkarten der Chromosomen und zeichneten die Landeplätze dieser Proteine ein. Dabei stellten die Forscher überrascht fest, dass die DNA-brechenden Komplexe nicht wie andere Proteinmaschinen von Chromosom zu Chromosom schwimmen, sondern in den Chromosomen selbst verankert sind.

Wie bereits entstandene Brüche verhindern, dass in ihrer Umgebung weitere Brüche entstehen, war eines der ungeklärten Rätsel. Frühere Forschung hatte gezeigt, dass jede der DNA-brechenden Nanomaschinen nur einmal funktioniert. "Da wir nun wissen, dass sie fix verankert ist, ist klar, warum in einer bestimmten Gegend nur ein Bruch entstehen kann. Die lokale Maschine ist aufgebraucht und andere Maschinen sitzen an anderen Chromosomenstellen fest", erklärt der Genetiker.

MEDICA.de; Quelle: Universität Wien